2014年3月 9日 (日)

屈折走行するクルマ

Wavecar1 元高校物理教師の石川幸一先生の著書「視点を変えて物理を楽しもう」に載っている「屈折走行するクルマ」を作ってみました。
 左車輪用と右車輪用にそれぞれモーターがついていて,白い床の上では高速回転し,黒い床の上では低速回転するようになっているので,白床→黒床に斜めに進入するとクルマが少しだけ向きを変え,「屈折」します。
波が媒質の境界で屈折するのは,媒質によって波の進む速さが異なるのが理由ですから,このクルマはこの単元を教えるのにたいへん役立ちます。
Wavecar2 詳しい回路は石川先生の著書を見ていただくとして,概略を説明しましょう。
赤いLEDで床を照らし,反射光をCdS(昔からある光センサ)で拾います。床が明るいときはモーターが3Vの電池に,床が暗いときは1.5Vの電池につながるよう,リレーを使って切り替えています。トランジスタ1個で作れるシンプルな回路です。
TouTubeに動画をアップロードしました↓

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2013年8月22日 (木)

音のフレネルレンズ

Lens
 自宅サーバを新調した記念に,僕の重要論文(?)をひとつPDFでアップロードしました。
物理おもしろ.COMのメニュー「PDF Files」→「波動・光学」→「音のフレネルレンズ」と進んでください。直リンはこちら

 ホームセンターで売ってるプラ段ボールを使うと,比較的簡単に「音のフレネルレンズ」を作れます。科学館なんかでよく見るコレですね。
 PDFで設計方法をご紹介します。ぜひご覧ください。

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2013年8月 8日 (木)

ビオサバールの法則で直線電流の作る磁場を計算する【授業メモ】

Biotsavart1 以前の記事で,イイカゲンなことを書いていたので,書き直します。
 直線電流がつくる磁場を高校教科書みたいに天下らないで,ビオ・サバールの法則を使って高校生にも分かるように,易しく丁寧に導出してみました。
 授業でもこの通り教えているのですが,生徒もなんとかついてこれるようです。

Biotsavart2

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2012年9月25日 (火)

カメラ・オブスキュラ

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 文化祭の時に物理部で作ったカメラオブスキュラを紹介します。
6242実験室の窓際に,1.8m×1.8m×2.2mの小部屋をつくり,暗幕で覆って中を真っ暗にします。
この部屋の中に入ると,90cm×180cmの白いベニヤ板に,外の景色がでっかく映る(凸レンズによる倒立実像)わけです。当たり前だけど総天然色で,木が風で揺れたり,クルマが通っていくのが映ると感動しますヨ。
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中の骨組みはこんな具合になっています。
ホームセンターで安い材木を買ってきて,木ネジを使って組み立てます。
窓ガラスは,アルミホイルを貼って遮光し,直径5cmくらいの穴(レンズの直径)を空けておきます。
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 レンズは実験室にあったものを使いました。
凸レンズと凹レンズの組み合わせレンズで,うまい具合に焦点距離が2mくらいになりました。

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2012年5月13日 (日)

名古屋市科学館 放電ラボ

1040048 物理部の生徒を連れて,名古屋市科学館へ遊びに行ってきました。
 昨年リニューアルして大変な人気みたいだったので,しばらく様子を見ていたのですが,「そろそろ空いてきたんじゃないの?」と思って行ってみたら,とんだ大間違いでした。
 写真のように,人気のプラネタリウムの入場整理券をもらうために,何百人も並んでいます。そばにいた科学館の職員に聞いたら「ゴールデンウィークは大変でしたけど,今日は空いてますよ(^-^)」だって。
1040090 仕方がないので,常設展示のみを見ることにして400円の入場券を買いました。(高校生は200円)
生命館はリニューアル前とほとんど同じですが,理工館の展示物が大幅に増えていて,ほんとに素晴らしいです。
 天井近くに設置してある巨大ウェーブマシン(縦波・横波)やモンキーハンティングの装置,音のフレネルレンズ,巨大トルネード実験装置など,目を見張る展示物が数多く新設されています。
 展示物を解説する職員やボランティアも以前に比べると増員されていましたが,入場者が多すぎて対応し切れていない様子でした。でも皆さん頑張ってらっしゃいました(^^)
 2枚目の写真は「放電ラボ」の巨大テスラコイル。客席は金網の中に入っていて静電シールドされています。
さすが,150万ボルトの放電はすごい迫力です。

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2012年4月22日 (日)

サボニウス型風力発電機

201204221 福島第一原発の事故以来,生徒もエネルギー問題に関心を持ち始めたようなので,ネット上にたくさん情報のあるサボニウス型の風力発電機を作ってみました。 サボニウス型は,高速回転はしないけど風力が弱くてもそこそこ効率よく発電できるタイプのようです。
 SHIMANO(シマノ)のDH-2N30Jというハブダイナモ(2,235円)と,ベニヤ合板,45Lのポリバケツで,写真のように組み立ててみました。
201204222 ポリバケツを半分に切るのはなかなか大変ですが,あわてずゆっくりノコギリをひけばキレイに切ることができます。ベニヤ合板は電動工具のジグソーで切ったほうが,早く美しく仕上がると思います。
ハブダイナモには,スポークを取りつける穴がたくさん空いてますから,この穴を使って木ねじで回転円板に固定します。下はもともと付いているボルト・ナットで,台の板に固定しました。
 ハブダイナモは,交流発電機ですから,ダイオードブリッジで全波整流し,400μFくらいの平滑コンデンサを入れてやると良いでしょう。
 ためしに扇風機の風で回してみたところ,3Vくらいの電圧が得られました。手持ちのラジオをつないでやると,安定してちゃんと聞こえます。電灯線の電気で扇風機を回してラジオを聞くってのもあんまりエコじゃないですけどね(笑)

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2012年4月 8日 (日)

NE555で作る超低周波発振器

555osc 拙著「高校物理雑記帳」のフォロー記事です。
この本で紹介しているLM3909を使った「超低周波発振器」ですが,なんとLM3909がすでに生産中止になっているんですね。読者からの指摘で初めて知りました(^^;)
 このままほっとくわけにもいかないので,LM3909の代わりにタイマー用IC,555を使った無安定マルチバイブレータで発振器を作りましたので紹介します。
Ne555osc ブレッドボードでRやCの値を変えながらテストして,こういう回路にたどり着きました。
デューティ比が約10~20%で,1~120Hzくらいまで発振できます。
使い切りカメラを使ったストロボ装置(製作記事は拙著をご覧ください)につなぐと,物理実験に使える小型のマルチストロボになりますよ。

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2012年3月25日 (日)

クリップモーターカー

 20120318 物理教材として有名なクリップモーターで動くクルマを作ってみました。
ボディはプラ段ボール,磁石はネオジム磁石,電源は単三電池2本で3V,コイルは直径1mmのホルマル線を写真のようにメガネ型に左右とも5回ずつ巻いてあります。
 問題は,車輪をどう駆動するかですが,この写真のように前輪を3輪にして,真ん中の車輪(プーリー)とコイルを輪ゴム(プーリーベルト)でつなぎ,モーターの回転を伝えています。
201203182 駆動輪はボディとは別のプラ段ボール板に取りつけてあって,輪ゴムの張りを適切に調節してからボディにセロテープで固定しました。これで完成。
コイルに電流を流すと,モーターは勢いよく回転しますが,駆動輪は比較的ゆっくり回転します。床に置くと,トコトコと走りますよ。

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2012年2月26日 (日)

レンツの法則でコイン飛ばし【改】

201202261 拙著「高校物理雑記帳」のフォロー記事です。
 渦巻き状に巻いたコイルに,電解コンデンサに蓄えた電気量を一気に流し,コイルの上に置いた1円玉をレンツの法則で吹っ飛ばす,という装置です。
詳しい作り方は本を読んでいただけばいいのですが,回路に変更を加えました。
201202262 本で紹介した回路では,大電流の流れる放電スイッチの内部接点が熱で融けて(?)早晩壊れてしまうという問題がありました。
そこで,40Aまで大電流を流せるトライアックを使って電気的にスイッチを入れる方式にしてみました。
 使ったトライアックは秋月電子で売っているこれ(400円)で,下図のようにG-A1に数十mAのトリガ電流を流すとA1-A2間が導通します。
201202263 これを使えば,スイッチそのものは安物でOKです。大電流で感電しないように,装置そのものはタッパーウェアの中に入れたほうが良いでしょう。

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2012年1月22日 (日)

フランクリンモーターとムーアのモーター

20110122 拙著「高校物理雑記帳」のフォロー記事です。
以前の記事で紹介した使い切りカメラの基板+コッククロフト・ウォルトンの回路を小型化し,秋月のプラケースに収めてみました。コンデンサは8個使ったので,約5000ボルトの高電圧が作れます。この程度のものでもフランクリンモーターやムーアのモーターくらいなら楽々動かせます。
 ムーアのモーターでくるくる回してるのは仁丹の粒です。仁丹はその表面が金属の銀でコーティングされているのをご存じでしたか? 仁丹の他に,ケーキ材料のアラザンでもOKです。

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